生物检测在生命科学的研究中是非常重要的一个环节,在临床诊断、药物研发、疾病相关研究等领域都发挥着重要的作用。操作简便、灵敏度高、能实现微量样品检测是现代生命科学研究对生物检测技术提出的新要求。近年来,悬浮微球检测技术以其检测体积小、检测通量高等优点而被广泛应用,但其检测的是流动体系中微球在短时间内发出的荧光信号,无法对微球进行荧光成像检测,不利于提高灵敏度。此外,目前用于辅助微球荧光成像的捕获手段无法对微球进行精确捕获。光镊技术是一种精确无损伤的微粒捕获手段,可以灵活准确地控制微粒在样品池中的捕获位置,凭借这些优势光镊技术在多个学科中有着广泛的应用。本论文基于以上背景,提出将光镊捕获技术应用于悬浮微球生物检测系统信号测定的构想,致力于发展一种新型微量生物样品检测装置,并建立相关检测方法,实现对生物分子高效、准确、快速的检测。基于这个构想,本论文具体开展了以下工作:(1)构建了以倒置荧光显微镜为光学平台的单光阱与多光阱两套光镊系统,并对其光路构造与捕获性能进行了详细的研究与探讨。主要包括:光镊光路各部件的规格参数的选择;捕获激光在光路中光束特性的调制;两套光镊系统捕获微粒与物镜成像焦面之间相对位置的调节;比较了两套光镊系统对不同尺寸微粒的捕获能力,结果表明单光阱光镊可以稳定捕获粒径在1μm～10 μm之间的微粒,多光阱光镊可以捕获粒径在1μm-5μm之间的微粒,综合考虑微球捕获的稳定性与成像信号分析的难易程度,选择粒径为3μm与5μm的微球作为尺寸编码的悬浮微球生物检测体系反应载体;利用微流控芯片技术构建了光镊刚度的测定方法,测定了光阱刚度随捕获激光功率变化曲线,发现光阱刚度与捕获激光功率之间有良好的线性关系。(2)利用自行构建的473 nm蓝光单光阱光镊,设计并构建了用于禽流感病毒H7N9的逆转录DNA序列悬浮微球检测的信号检测装置,并初步建立了检测方法。选择发射波长为605 nm的CdSe/ZnS量子点作为荧光标记物质,利用473 nm蓝光捕获激光同步激发量子点发光。同时选用3μm与5μm微球作为具有尺寸编码功能的悬浮微球反应载体,实现了双组份病毒基因核酸序列的同时检测。本方法在微量样品池中对微球进行了准确的捕获与成像,捕获准确、成像清晰,对两种基因的检出限分别达到了 1.0 pM和1.2 pM,检测线性范围均达到3个数量级;对非目标核酸序列的研究表明两种捕获微球都表现出了良好的选择性与特异性,在病毒基因双组分检测中表现出良好的抗干扰能力,可用于微量病毒基因核酸序列的定量检测与分型,对传染性流行疾病的早期检测与防治具有应用价值。(3)设计并构建了一种新颖的3×3阵列近红外多光阱光镊荧光成像检测装置,并成功应用于人血清样品中前列腺特异性抗原PSA双组分(fPSA和tPSA)含量的检测。采用衍射光学元件构建了阵列多光阱光镊装置,该装置具有结构简单、激光能量利用率高以及捕获微球范围和数量远大于单光阱光镊等优势,因此可以快速捕获多颗微球形成阵列,提高了检测速度与通量。选择发射波长605 nm的CdSe/ZnS量子点作为荧光标记物质,利用光纤耦合的405 nm激光宽场激发微球荧光,可以得到稳定清晰的3×3微球阵列荧光图像。利用悬浮微球的尺寸编码,实现了 PSA双组分的分别测定。在5%血清环境中,对PSA的两种组分的检出限分别达到了 3.8 pg/mL与2.5 pg/mL,检测线性范围分别达到3个和近4个数量级。结果还表明在单一微球体系和混合微球体系中各微球的信号强度不会发成显著变化,说明混合微球可以用于复杂体系中PSA双组分的检测。此外,检测体系对共存的干扰蛋白几乎没有信号相应,说明本方法有良好的抗干扰能力。并且将本方法应用于临床实际样品的检测得到了良好的结果。以上结果表明本文构建的检测装置和检测方法对于以癌症为代表的重大疾病的早期诊断与预后研究有明显的应用潜力。利用光镊技术简便、高效的捕获性能,本论文实现了悬浮微球的稳定、准确的荧光成像信号检测,解决悬浮微球在液相体系中难以固定检测的难题,简化检测的步骤,提高检测效率。利用微球的尺寸编码实现多组分的检测,构建了新的检测方法,实现了对病毒核酸、癌症标志物等生物分子准确灵敏的检测,在生物医学分析领域有较高的应用价值。